CN111207049A - 一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统及方法，包括太阳能光伏板，太阳能光伏板的液体冷却器与太阳能集热器相连接，太阳能集热器与阀门b相连接，阀门b与储能系统相连接，储能系统与阀门c相连接，阀门c与储液器相连接，储液器的出口分为两路，一路与阀门a的进口相连接，阀门a的出口与太阳能光伏板的液体冷却器进口相连接，另一路与阀门d的进口相连接，阀门d的出口与储能系统相连接，储能系统与阀门e的进口相连接，阀门e的出口与自由活塞直线发电机的进口相连接，自由活塞直线发电机的出口与冷凝器的进口相连接，冷凝器的出口与阀门c的出口会合后与储液器的进口相连接。本发明不仅提高了太阳能光伏板的效率，也可以实现连续发电。

Description

一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统及方法
技术领域
本发明涉及发电系统技术领域，特别涉及一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统及方法。
背景技术
太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，在当前阶段，太阳能光伏的技术相对成熟，应用较为光伏，但其储能难以解决。另外，光伏发电的理论效率虽然高，但是太阳能光伏板的效率随着温度的升高而直线下降，因此太阳能光伏板必须进行冷却。与此同时，由于太阳能光热发电在高温集热时理论热效率高，并且理论上可以采用较为廉价的蓄热储能来解决太阳能时间分布不均的问题，光热发电也越发受到重视。
但太阳能热发电一直存在着成本过高难以推广的困难，太阳能本身的能量密度较为分散，目前传统的发电装置适合于应用在能量密度较高的场合，例如化石能源发电，核电等。在能量密度较低的场合，例如太阳能发电，首先需要收集聚焦太阳能的热量，就是所谓的聚焦集热器。目前的聚焦集热器种类很多，大致分为跟踪型和非跟踪型，以及聚焦型和非聚焦型等。跟踪型即集热器需要根据太阳每天不同时刻相对地面的位置角度变化，跟着光线转动，这类集热器的效率高，但是需要配备跟踪系统，包括减速电机，传统机构等，增加了不少成本。非聚焦型则无需转动，依靠本身的聚光镜面形状设计保证太阳在不同角度都能将光线聚集到吸热器上，缺点是聚光效率低，集热温度低。聚焦型集热器是采用透镜或反光镜将一定投影面积上的阳光聚集到一点或一线，优点是集热温度高，缺点是需要制造一点几何型面要求的反光镜或透镜，增加一定的成本，成本高低与镜面要求高低有关。费聚焦型集热器，例如平板集热器则单纯依靠太阳能正面辐射加热工质，制造简单，但是集热温度较低。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统及方法，采用光热发电的工质在低温时首先对太阳能光伏板进行冷却，对工质则是进行预热，并且对收集的热量进行储存，在太阳能光伏发电不足是，采用光热发电进行补充，这样不仅提高了太阳能光伏板的效率，也解决了太阳能光伏发电储能困难的问题，可以实现连续发电。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统，包括太阳能光伏板1，所述太阳能光伏板1的液体冷却器出口与太阳能集热器2的工质侧进口相连接，太阳能集热器2的工质侧出口与阀门b的进口相连接，阀门b的出口与储能系统3的高温侧进口相连接，储能系统3的低温侧出口与阀门c的进口相连接，阀门c的出口与储液器4的进口相连接，储液器4的出口分为两路，一路与阀门a的进口相连接，阀门a的出口与太阳能光伏板1的液体冷却器进口相连接，另一路与阀门d的进口相连接，阀门d的出口与储能系统3的低温侧进口相连接，储能系统3的高温侧出口与阀门e的进口相连接，阀门e的出口与自由活塞直线发电机5的进口相连接，自由活塞直线发电机5的出口与冷凝器6的进口相连接，冷凝器6的出口与阀门c的出口会合后与储液器4的进口相连接。
所述太阳能光伏板1采用液体冷却。
所述的太阳能集热器2采用中低温太阳能集热器，形式采用槽式集热器。
所述的储能系统4根据系统发电容量的不同可以选择不同数量的储能单元，储能材料选择融点与太阳能集热温度接近，并且低于集热温度的储能材料，采用潜热储能，储能材料封装在储能单元中不流动。
一种光伏、储热、光热联合太阳能发电方法，包括以下步骤；
在白天阳光充足，时开启阀门a、b、c，关闭阀门e、d、f，白天该系统以太阳能光伏发电为主，工质通过太阳能光伏板1的冷却器对太阳能光伏板1进行冷却，然后进入太阳能集热器2进一步加热到设计温度，随后通过阀门b进入储能系统3释放热量，再通过阀门c进入储液器4，工质再通过阀门a进入太阳能光伏板1的冷却器进行冷却，完成整个循环，这个循环工质只起到冷却作用，并且储存热量；
在白天有阳光但阳光不足，并且储能系统3中储存有所需的热量时开启阀门a、b、d、e，关闭阀门c，这种工况下，从储液器4中出来的工质分为两部分，一部分通过阀门a进入太阳能光伏板1的冷却器，对太阳能光伏板进行冷却之后进入太阳能集热器2，加热到设计温度后在通过阀门b和阀门e进入自由活塞直线发电机5做功，另一部分工质则通过阀门d进入储能系统3吸热，被加热后的工质与从太阳能集热器2中被加热的工质汇合后通过阀门e，进入自由活塞直线发电机5做功，随后在冷凝器6中被冷却成液体，最后汇入储液器4中完成循环；
在没有阳光，并且储能系统3中储存有所需的热量，同时需要输出电能时开启阀门d、e，关闭阀门a、b、c，储液器4中的工质通过阀门b进入储能系统3吸收热量，然后通过阀门e进入自由活塞直线发电机5做功，随后在冷凝器6中被冷却成液体，最后汇入储液器4中完成循环。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统将太阳能光伏和光热发电结合起来，采用光热发电的工质在低温时首先对太阳能光伏板进行冷却，对工质则是进行预热，并且对收集的热量进行储存，在太阳能光伏发电不足是，采用光热发电进行补充，这样不仅提高了太阳能光伏板的效率，也解决了太阳能光伏发电储能困难的问题，可以实现连续发电。
并且由于采用了较为廉价的自由活塞直线发电机系统，其运动频率和速度都比较低，大大降低了其轴封的难道，可以采用较为廉价的轴封形式，例如石墨等，大大降低了成本。
同时，由于发电系统所需的压差很小，因此系统整体的压力可以不高，有利于降低系统压力等级，有利于采用更廉价的材料和加工制造工艺，有利于进一步降低系统成本。
同时，由于本发明的太阳能集热器温度要求不高(100℃左右即可发电)，太阳能集热器也采用非跟踪型集热器，省去了复杂的跟踪机构，进一步降低成本。非跟踪型集热器种类很多，例如CPC型，V型以及很多新型结构的型面，只要是线聚焦，并且不影响布置的都可以作为本发明的集热器。
附图说明
图1为一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统示意图。
图中：太阳能光伏板1、太阳能集热器2、储能系统3、储液器4、自由活塞直线发电机5、冷凝器6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统，包括太阳能光伏板1，所述太阳能光伏板1的液体冷却器出口与太阳能集热器2的工质侧进口相连接，太阳能集热器2的工质侧出口与阀门b的进口相连接，阀门b的出口与储能系统3的高温侧进口相连接，储能系统3的低温侧出口与阀门c的进口相连接，阀门c的出口与储液器4的进口相连接，储液器4的出口分为两路，一路与阀门a的进口相连接，阀门a的出口与太阳能光伏板1的液体冷却器进口相连接，另一路与阀门d的进口相连接，阀门d的出口与储能系统3的低温侧进口相连接，储能系统3的高温侧出口与阀门e的进口相连接，阀门e的出口与自由活塞直线发电机5的进口相连接，自由活塞直线发电机5的出口与冷凝器6的进口相连接，冷凝器6的出口与阀门c的出口会合后与储液器4的进口相连接。
所述太阳能光伏板1采用液体冷却，冷却液在太阳能光伏板1中吸收热量，被预热，然后进入太阳能集热器2被继续加热到设计温度，后进入储能系统放热，放热后被冷却为液体回到储液器，然后再次进入太阳能光伏板1的冷却器进行冷却；
所述的太阳能集热器2采用中低温太阳能集热器即可，形式可采用槽式集热器，但也不限于此。
所述的储能系统4根据系统发电容量的不同可以选择不同数量的储能单元，储能材料选择融点与太阳能集热温度接近，并且低于集热温度的储能材料(例如类似石蜡的有机材料等等)，采用潜热储能，储能材料封装在储能单元中不流动；
直线发电机几乎是与旋转发电机同时出现的发电机形式，只是旋转发电机在高速运动情况下更加适用，后来直线发电只有在特殊情况下才被采用。直线发电机在相对较低频率的运动条件下也可以保持较高的效率，这是旋转发电机所无法做到的，同时在配备弹簧和活塞等做功部件后，活塞膨胀-直线发电机系统可以利用很低压差，很低温差的气流发电，这是普通的透平及普通发电机所无法做到的。并且这种活塞膨胀-直线发电机系统已经被广泛研究和应用。活塞膨胀-直线发电机系统的这些特点给低温余热发电带来的新的契机。
本申请将太阳能光伏和光热发电结合起来，采用光热发电的工质在低温时首先对太阳能光伏板进行冷却，对工质则是进行预热，并且对收集的热量进行储存，在太阳能光伏发电不足时，采用光热发电进行补充，这样不仅提高了太阳能光伏板的效率，也解决了太阳能光伏发电储能困难的问题，可以实现连续发电。
一种光伏、储热、光热联合太阳能发电方法，包括以下步骤；
在白天阳光充足，时开启阀门a、b、c，关闭阀门e、d、f，白天该系统以太阳能光伏发电为主，工质通过太阳能光伏板1的冷却器对太阳能光伏板1进行冷却，然后进入太阳能集热器2进一步加热到设计温度，随后通过阀门b进入储能系统3释放热量，再通过阀门c进入储液器4，工质再通过阀门a进入太阳能光伏板1的冷却器进行冷却，完成整个循环，这个循环工质只起到冷却作用，并且储存热量；
在白天有阳光但阳光不足，并且储能系统3中储存有所需的热量时开启阀门a、b、d、e，关闭阀门c，这种工况下，从储液器4中出来的工质分为两部分，一部分通过阀门a进入太阳能光伏板1的冷却器，对太阳能光伏板进行冷却之后进入太阳能集热器2，加热到设计温度后在通过阀门b和阀门e进入自由活塞直线发电机5做功，另一部分工质则通过阀门d进入储能系统3吸热，被加热后的工质与从太阳能集热器2中被加热的工质汇合后通过阀门e，进入自由活塞直线发电机5做功，随后在冷凝器6中被冷却成液体，最后汇入储液器4中完成循环；
在没有阳光，并且储能系统3中储存有所需的热量，同时需要输出电能时开启阀门d、e，关闭阀门a、b、c，储液器4中的工质通过阀门b进入储能系统3吸收热量，然后通过阀门e进入自由活塞直线发电机5做功，随后在冷凝器6中被冷却成液体，最后汇入储液器4中完成循环。

Claims (5)

1.一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统，其特征在于，包括太阳能光伏板(1)，所述太阳能光伏板(1)的液体冷却器出口与太阳能集热器(2)的工质侧进口相连接，太阳能集热器(2)的工质侧出口与阀门b的进口相连接，阀门b的出口与储能系统(3)的高温侧进口相连接，储能系统(3)的低温侧出口与阀门c的进口相连接，阀门c的出口与储液器(4)的进口相连接，储液器(4)的出口分为两路，一路与阀门a的进口相连接，阀门a的出口与太阳能光伏板(1)的液体冷却器进口相连接，另一路与阀门d的进口相连接，阀门d的出口与储能系统(3)的低温侧进口相连接，储能系统(3)的高温侧出口与阀门e的进口相连接，阀门e的出口与自由活塞直线发电机(5)的进口相连接，自由活塞直线发电机(5)的出口与冷凝器(6)的进口相连接，冷凝器(6)的出口与阀门c的出口会合后与储液器(4)的进口相连接。
2.根据权利要求1所述的一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳能光伏板(1)采用液体冷却。
3.根据权利要求1所述的一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统，其特征在于，所述的太阳能集热器(2)采用中低温太阳能集热器，形式采用槽式集热器。
4.根据权利要求1所述的一种光伏、储热、光热联合太阳能发电系统，其特征在于，所述的储能系统(4)根据系统发电容量的不同可以选择不同数量的储能单元，储能材料选择融点与太阳能集热温度接近，并且低于集热温度的储能材料，采用潜热储能，储能材料封装在储能单元中不流动。
5.一种光伏、储热、光热联合太阳能发电方法，其特征在于，包括以下步骤；
在白天阳光充足，时开启阀门a、b、c，关闭阀门e、d、f，白天该系统以太阳能光伏发电为主，工质通过太阳能光伏板(1)的冷却器对太阳能光伏板(1)进行冷却，然后进入太阳能集热器(2)进一步加热到设计温度，随后通过阀门b进入储能系统(3)释放热量，再通过阀门c进入储液器(4)，工质再通过阀门a进入太阳能光伏板(1)的冷却器进行冷却，完成整个循环，这个循环工质只起到冷却作用，并且储存热量；
在白天有阳光但阳光不足，并且储能系统(3)中储存有所需的热量时开启阀门a、b、d、e，关闭阀门c，这种工况下，从储液器(4)中出来的工质分为两部分，一部分通过阀门a进入太阳能光伏板(1)的冷却器，对太阳能光伏板进行冷却之后进入太阳能集热器(2)，加热到设计温度后在通过阀门b和阀门e进入自由活塞直线发电机(5)做功，另一部分工质则通过阀门d进入储能系统(3)吸热，被加热后的工质与从太阳能集热器(2)中被加热的工质汇合后通过阀门e，进入自由活塞直线发电机(5)做功，随后在冷凝器(6)中被冷却成液体，最后汇入储液器(4)中完成循环；
在没有阳光，并且储能系统(3)中储存有所需的热量，同时需要输出电能时开启阀门d、e，关闭阀门a、b、c，储液器(4)中的工质通过阀门b进入储能系统(3)吸收热量，然后通过阀门e进入自由活塞直线发电机(5)做功，随后在冷凝器(6)中被冷却成液体，最后汇入储液器(4)中完成循环。
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